摘要:轻型房屋钢结构是目前国内外应用和发展速度最快的新型结构型式,广泛用于各类工业和民用 建筑中,具有施工速度快、建筑造形美、用钢量少、造价低等优点,但是由于一些工程的特殊性和一些资源的要求,有些工程必须采用混凝土柱和砌体维护。本文针对这类工程的分析、设计和应用中存在的主要问题提出了建议,可供同行参考。
关键词:混凝土柱和轻钢屋盖的混合结构 设计计算 应用研究
1.概述
在我国,传统意义上的轻钢结构主要是指由圆钢、小角钢组成的小型或小跨度屋架、刚架结构,多用于小型厂房、仓储或临时性建筑。随着以变截面门式刚架和彩色压型钢板为标志的新型钢结构体系的出现和应用,轻钢结构的概念发生了根本性变化。而其中混凝土柱轻钢屋盖也是其中的一种特殊的结构体系。一般这种情况中的轻钢屋盖常用与小于20米的跨度,不宜超过30米, 当小于20米时受力和用钢量是比较舒服的,当超过20米时结构构件无论从大小还是变形上都有较大的变化。
在设计时,经常会出现的构件的计算简图与现场施工时的不一置,轻钢屋盖的设计与下部的混凝土柱没有整体考虑,从而出现下部混凝土柱实际受力情况与计算不符合,配筋率减小。
2.设计计算中的不同模型
2.1轻钢屋盖与下部混凝土柱的连接可以分三种:
⑴剪力不释放(两端均为固定铰支座)
⑵剪力部分释放 (一均为滑动铰支座一端为固定铰支座)
⑶剪力完全释放 (两端均为滑动铰支座)
这三种的不同的连接方式相对于设计中的计算模型也完全不同,从而使轻钢屋盖的截面大小和下部混凝土柱的配筋有着很大的变化。下面就同一个工程实例以不同的计算模型计算出的结果相对比较,来说明一下在不同的计算模型中混凝土柱、轻钢屋盖所承受的弯矩、剪力和轴力的相应变化,基础大小的比较。
2.2工程概述
某公司车间,轴线总长72米,6米柱距,跨度20米,檐高7米,排水坡度10%。拟采用500X300的混凝土柱墙体为200厚的混凝土砌块,上部为轻钢屋盖,屋面为C型钢檩条,上下为单层彩色压型钢板中间加75mm厚的玻璃丝棉(容重大于16Kg/M3)保温层 。为了节省材料和费用,同时20米跨度在合理范围内,轻钢屋盖采用焊接变截面H型钢。
2.3三种不同的计算模型的计算结构和对比
⑴剪力不释放:两端均为固定铰支座,剪力完全不释放,混凝土柱承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的全部推力和轴力,不承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的弯矩。计算简图(图1)
⑵剪力部分释放:一均为滑动铰支座一端为固定铰支座,使剪力部分释放,混凝土柱承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的部分推力和全部轴力,不承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的弯矩。计算简图(图1)
⑶剪力完全释放 :两端均为滑动铰支座,使剪力完全释放,混凝土柱不承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的推力和弯矩,只承受上部轻钢屋盖传给混凝土柱的轴力。计算简图(图1)。
a、轻钢屋盖与混凝土柱的配筋对比表(表1)
比较结果:
以剪力不释放为基准,部分剪力释放的计算结果梁应力增大2.1%,混凝土柱配筋降低27.1%。
以剪力不释放为基准,剪力完全释放的计算结果梁应力增大3.2%,混凝土柱配筋按构造配筋。
b、轻钢屋盖与混凝土柱的弯矩(最大绝对值)对比表 (表2)
比较结果:
以剪力不释放为基准,部分剪力释放的计算结果梁弯矩增大2.6%,混凝土柱弯矩降低42.4%。
以剪力不释放为基准,剪力完全释放的计算结果梁应力增大4.2%,混凝土柱弯矩降低66.98%。
c、轻钢屋盖与混凝土柱的轴力对比表 (表3)
比较结果:
传到混凝土柱和基础顶的轴力基本没有什么变化。
d、轻钢屋盖与混凝土柱的剪力对比表(表4)
比较结果:以剪力不释放为基准,部分剪力释放的计算结果柱底剪力减小26.97% 。以剪力不释放为基准,剪力完全释放的计算结果柱底剪力减小36.3% 。
2.4结论
通过对统一工程的不同计算模型的计算结果的比较,可以得出:通过改变轻钢屋盖与下部混凝土柱的连接方式,对于轻钢屋盖本身的承载能力变化不是很大,但是对下部混凝土柱的弯矩、配筋等的影响变化很大。
3.实际应用时常出现的问题
3.1没有考虑整体计算
在设计计算时上部轻钢屋盖与下部混凝土柱分开计算,甚至为两个设计单位计算,没有整体考虑整个工程,下部混凝土柱没有考虑轻钢屋盖(斜梁)产生的水平推力,导致混凝土柱、混凝土柱下基础设计偏小。
3.2支座处按固定铰支座计算(剪力不完全释放)时,钢梁的计算轴力偏大,导致挠度偏小。
3.3体计算时,混凝土柱顶的支座设置不合理:设计按固定铰支座计算,支座按滑动铰支座设置;多的时候是设计按滑动铰支座,支座按固定铰支座设置。
参考文献:
[1] 《建筑结构荷载规范》(GB50009-2001),
[2] 《钢结构设计规范》 GB50017-2003
[3] 《门式刚架轻型房屋钢结构建筑规程》 CECS 102:2002: 中国工程建设标准化协会, 2002
